某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计-开题报告

西南科技大学毕业设计（论文）开题报告学院信息工程学院专业班级电气工程及其自动化姓名冯啸学号20105214题目某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计题目类型设计开发一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.1工厂供电的意义工厂供电（electricpowersupplyforindustrialplants），就是指工厂所需电能的供应和分配。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气自动化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程的自动化。从另一方面说，如果工厂的电能供应突然中断，对工业生产可能造成严重的后果。例如某些供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短暂的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。所以，工厂应该根据本厂环境条件和供电要求来选择适当的电气设备和确定其各项参数，保证工厂正常运行时安全可靠，出现故障时不致出现严重的后果，并在合理的情况下注意节约，还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。因此，一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。1.2我国变电站发展现状及未来发展需要解决的问题变电技术的发展与电网的发展和设备的制造水平密切相关。近年来，为了满足经济快速增长对电力的需求，我国电力工业也在高速发展，电网规模不断扩大。目前我国建成的500kV变电站有近200座，220kV变电站有几千座；500kV电网已成为主要的输电网络，大经济区之间实现了联网，最终将实现全国联网。在未来，随着经济的增长，变电技术还将有新的发展，同时也给电力工程技术人员提出了一些需要解决的问题，例如：高压、大容量变电站深入负荷中心进入市区所带来的如何减少变电站占地问题、环境兼容问题；电网联系越来越紧密，如何解决在事故时快速切除隔离故障点，保证电力系统安全稳定问题；系统短路电流水平不断提高，如何限制短路电流问题；在保证供电可靠性的前提下，如何恰当的选择主接线和电气设备、降低工程造价问题等。1.3参考文献[1]刘介才.工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社，2008.[2]余建明,同向前,苏文成.供电技术[M].北京：机械工业出版社，1997.[3]胡虔生，胡敏强.电机学[M].北京：中国电力出版社，2005：41-43.[4]姚春球.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2004：241-283.[5]何仰赞，温增银.电力系统分析[M].武汉：华中科技大学出版社，2002：133-146.[6]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料[M].北京：中国电力出版社，1998.[7]刘增良，刘国亭.电气工程CAD[M].北京：中国水利水电出版社，2006.[8]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004：277，288-290.[9]吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M].北京：水利电力出版社，1992.[10]Behrendt,K.andM.Dood,SubstationRelayDataandCommunication,TechnicalReport,SchweitzerEngineeringLabs,Pullman,WA,2000.[11]Dolezilek,D.,“CaseStudyofaLargeTransmissionandDistributionAutomationProject”,TechnicalReport,SchweitzerEngineeringLabs,Pullman,WA,2000.二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程一、设计内容基于工厂供电的知识对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行设计。包括全厂的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。具体设计内容如下：1.工厂的负荷计算及无功补偿。2.工厂总降压变电所的位置及型式的选择3.工厂总降压变电所主接线设计，主变压器的台数及容量选择，各车间变电所变压器的台数及容量选择4.短路电流计算5.电气设备及线路的选择与校验，包括10kV侧和380V侧6.继电保护的设计7.防雷与接地系统设计二、研究思想及工作方法1.负荷计算1.1负荷计算的意义计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。通常规定取30分钟(min)平均最大负荷30P、30Q和30S作为该用户的“计算负荷”，并用jsP、jsQ、jsS和jsI分别表示其有功、无功、视在和电流计算负荷。计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。1.2负荷计算的方法计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，计算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果计算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算方法来确定计算负荷。常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采用需要系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。主要涉及的计算公式如下：3030piPKP式中30iP—所有设备组有功计算负荷P30之和；pK—有功符合同时系数，本文资料有提供为0.9无功计算负荷（单位为kVar）的计算公式：3030Q=Ptg式中tg—对应于用电设备组功率因数cos的正切值，本设计资料有提供。视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：22303030SPQ计算电流（单位为A）的计算公式：30303NSIU2.功率补偿计算及变压器的选择2.1功率补偿计算供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单，运行维护方便，有功损耗小以及组装灵活，扩容方便等优点，因此选择并联电容器方法进行无功补偿。无功补偿容量的计算公式：)21(tgtgPjQcPj：工厂有功计算负荷1tg：对应于补偿前功率因数的正切2tg：对应于补偿后应达到的功率因数的正切2.2变压器的台数、容量和类型的选择2.2.1变电所主变压器台数的选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上主变压器：1有大量一级或二级负荷2季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方式。3集中负荷较大，例如大于1250kVA时其他情况下宜装设一台主变压器2.2.2变电所主变压器容量的选择(1)只装一台变压器的变电所变压器的容量TS:应满足用电设备全部的计算负荷30S的需要，即30SST(2)装有两台变压器的变电所每台变压器的容量TS应满足以下两个条件。①任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷30S的大约60%~70%的需要，即TS=（0.6~0.7）30S②任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷30S的需要，即)21(30SST本设计中所有负荷均为三级负荷，故变电所选取的变压器仅考虑（1）即可。(3)车间变电所变压器的容量上限单台变压器不宜大于1000KV·A。这一方面是受低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。3.主接线的设计根据本厂与供电部签定的供用电协议，供电电压为从电业部门某60／10千伏变电所用10千伏架空线路向本厂供电，该所在厂南侧l公里，工作电源仅采用10千伏电压一种。3.1总配电所的主接线设计的原则和意义一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。3.2变配电所主接线方案的技术经济指标设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下两种：1.单母线接线母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。2.双母线连线在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。由本设计原始资料知：电力系统某60/10KV变电站用一条10KV的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电，母线联络线采用单母线不分段接线方式。4.短路电流计算4.1短路电流计算的作用（1）校验电气设备的机械稳定性和热稳定性；（2）校验开关的遮断容量；（3）确定继电保护及安全自动装置的定值；（4）为系统设计及选择电气主接线提供依据；（5）进行故障分析；（6）确定输电线路对相邻通信线路的电磁干扰。4.2短路电流计算的方法短路电流计算方法有欧姆法和标幺值法。本论文选择标幺值法，用标幺值法可以避免在不同电压等级间进行折算，计算简单。（1）首先绘制计算电路图，选短路计算点；（2）设定基准容量和基准电压，并计算基准电流；（3）计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值；（4）绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗标幺值；（5）计算短路电流及短路容量。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电器的稳定性，根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。5.进线、母线及电器设备的选择为保证一次设备安全可靠地运行，我们必须按一定条件（参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值）选择合适的变电所高低侧电气设备（断路器、隔离开关、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备）。由于需要选择与校验的设备较多，这里不再一一列出，只需按电压、电流、动稳定、热稳定等条件选择